[發明專利]一種基于混合脈沖激勵的輸入整形器及設計方法

有效

• 申請號: 202010317911.2
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111338216B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 宋寶;鐘靖龍;陳天航;唐小琦;周向東;劉永興;李虎;楊承博;肖千紅;余文濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D15/01
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明屬于振動抑制技術領域，公開了一種基于混合脈沖激勵的輸入整形器及設計方法，建立二階振動系統閉環傳遞函數；建立SIMULINK仿真模型；獲取系統對單位階躍信號的響應曲線；對響應曲線進行頻譜分析，得到系統振動頻率以及阻尼比；根據系統振動頻率以及阻尼比設計基于混合脈沖激勵的輸入整形器；將設計得到的混合脈沖序列與期望輸入進行卷積得到輸入指令，完成對系統的殘余振動抑制。本發明采用基于混合脈沖激勵的輸入整形器，對系統殘余振動進行了有效抑制，并提高系統上升時間，減少時間延遲，降低輸入整形器對系統參數的敏感性，增強系統魯棒性。

技術領域

本發明屬于振動抑制技術領域，尤其涉及一種基于混合脈沖激勵的輸入整形器及設計方法。

背景技術

目前，現代工業控制系統中，為提高伺服系統對負載的適配性，經常使用剛度有限的傳動設備連接負載，如齒輪、皮帶、滾珠絲杠等，柔性傳動部件的引入不可避免的會引發系統產生機械諧振以及殘余振動，從而影響系統的高速高精響應，導致系統定位穩定時間過長。因此，設計一種切實可行的振動抑制方法對于伺服系統的高速高精控制而言是至關重要的。

輸入整形器作為一種開環的前饋控制策略，獨立于伺服控制環路之外，不會對整體控制回路中的其他控制模塊造成干擾，也不會對整體系統的穩定性造成影響，因而對不同類型的多種系統皆具有很強的兼容性；另一方面，輸入整形器的結構設計以及參數整定均在離線狀態下進行，不會對控制系統造成額外的計算負擔，導致系統的實時性降低。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：(1)目前使用較多的輸入整形器為零振動(Zero Vibration，ZV)輸入整形器以及零振動微分(Zero Vibration andDerivation，ZVD)輸入整形器，但這兩種輸入整形器都采用只包含正脈沖的脈沖序列進行構造，不可避免的會使系統響應產生一定的時間滯后。不能在有效抑制系統殘余振動的前提下，保證系統的魯棒性。

(2)針對傳統輸入整形器引入的時間滯后問題，最優輸入整形算法通過借鑒最優控制理論，根據目標函數的極小值原理，對控制器的性能指標進行參數優化，得到目標函數極值最小的控制器，從而可以任意選擇整形器的時滯時間，但未能給出時滯時間與系統物理特性及振動特性的關系表達式，需要通過經驗選擇時滯時間。

解決以上問題及缺陷的難度為：分析時滯時間與系統物理特性、振動特性及輸入整形器結構之間的關系，通過引入負脈沖，組成混合脈沖激勵序列，改造輸入整形器結構，從而使系統響應的時滯時間減小，同時保證輸入整形器的抑振能力。

解決以上問題及缺陷的意義為：在不對控制回路中其他模塊的造成干擾的前提下，結合系統振動特性，改進輸入整形器參數設計方法，并將輸入指令通過輸入整形器整形，從而消除系統的殘余振動，同時減少系統的時滯時間，進一步提高系統運行的平穩性、控制精度、工作效率及設備壽命等，并且無需增加其它硬件設備，節約成本。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于混合脈沖激勵的輸入整形器及設計方法。

本發明是這樣實現的，一種基于混合脈沖激勵的輸入整形器及設計方法包括：

步驟一，建立二階振動系統閉環傳遞函數；

步驟二，根據步驟一建立的二階振動系統閉環傳遞函數，對阻尼二階振動系統建立仿真模型；

步驟三，通過Simulink仿真軟件，在交流伺服系統的位置指令輸入端給定固定采樣時長的單位階躍信號，采集系統的位置輸出信息，得到阻尼二階振動系統對單位階躍信號的響應曲線；

步驟四，對響應曲線進行快速傅里葉分析，得到阻尼二階振動系統振動頻率；并通過對數衰減法獲得阻尼比；

步驟五，根據阻尼二階振動系統振動頻率以及阻尼比，通過求解約束方程得到混合脈沖激勵輸入整形器的混合脈沖序列；